LED暗藏“富藍化”危害

　　自中村修二研發(fā)出高效藍光LED技術(shù)，LED照明真正走上商業(yè)化道路，進入LED照明普及時代。這一節(jié)能環(huán)保光源對人類環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，若將所有照明燈具替換為LED燈，每年全球至少節(jié)約用電15200億千瓦時，可減少用煤至少5億噸，減少二氧化碳排放13億噸，減少二氧化硫排放420萬噸。而且，LED具智能可控及使用范圍廣的屬性，是未來物聯(lián)網(wǎng)時代、智慧城市的最佳載體，因而逐漸受各大科技互聯(lián)巨頭追捧。

　　LED的發(fā)展勢頭正猛，但其產(chǎn)生的“富藍化”藍光危害近年在業(yè)內(nèi)外引起眾多輿論。研究表示，因藍光輻射的峰值波長與視網(wǎng)膜藍光傷害特征曲線和人體非視覺感光曲線有比較大的重合，所以過多的藍光用于室內(nèi)照明，會對人的生理、心理和視神經(jīng)等產(chǎn)生一系列影響。

　　一是視覺上，LED中的藍光可以穿透晶狀體到達視網(wǎng)膜，對視網(wǎng)膜造成光化學(xué)損害，加速黃斑區(qū)細(xì)胞的氧化，引起視力下降、白內(nèi)障、失明等不同程度的眼疾;二是生物效應(yīng)上，白光LED中大量的藍光對褪黑色素的抑制，會導(dǎo)致睡眠紊亂以及一系列功能失調(diào)。國內(nèi)外最新的研究均表明其“富藍化”的光譜質(zhì)量容易影響人的司辰節(jié)律，從而降低免疫力。

　　此外，LED產(chǎn)業(yè)經(jīng)過近幾年的迅猛發(fā)展，性能大幅提升，產(chǎn)業(yè)化LED的光效已經(jīng)可以達到239Lm/W，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了在照明方面的應(yīng)用要求。然而，在通用LED照明領(lǐng)域?qū)Ω吖庑А⒏呱珳氐淖分馃o形中也加劇了“富藍化”的危害，人們開始重視對光品質(zhì)的追求。

　　熒光粉是“元兇”?

　　眾所周知，目前常用的白光LED主要是靠藍光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生多種顏色混合而成，因熒光粉可以補充LED芯片發(fā)光波長以外的不同光譜需求，搭配產(chǎn)生不同光色，熒光粉的質(zhì)量對于白光LED起關(guān)鍵性作用。為切合終端用戶需求，下游芯片級封裝企業(yè)也對上游LED熒光粉材料提出了更高的要求?！罢彰鲗馍焚|(zhì)的要求重點體現(xiàn)在熒光粉性能要求上，如高顯色性、全光譜波長、激發(fā)效率、粒徑分布的均勻性、耐高溫特性及長時間老化的顏色漂移離散性等?！毙裼罟怆娖嚐羰聵I(yè)部總經(jīng)理鄧玉倉指出。

　　除了對熒光粉的色彩飽和度、還原度及穩(wěn)定性等技術(shù)方面的要求外，瑞豐光電研發(fā)總監(jiān)陳華認(rèn)為熒光粉還需在性價比上進行提升。

　　科恒股份LED事業(yè)部總經(jīng)理陳濤表示，目前市面上的LED光源所搭配使用的LED熒光粉在450-460nm的藍光下激發(fā)時，其藍光吸收轉(zhuǎn)換效率不足，主要缺少480nm-505nm的藍綠光和660nm-700nm的深紅光。尤其是色溫達到5000K以上的高色溫白光，會出現(xiàn)大量藍光未能被有效轉(zhuǎn)化的情況。

　　具體來看，不同波長的光對視網(wǎng)膜危害的光譜加權(quán)函數(shù)如下：

　　而從上表可以看出，450-460nm段的藍光危害加權(quán)函數(shù)非常高，正反映出市場上現(xiàn)有熒光粉方案確實存在“富藍化”危害的隱患。

　　突破局限該從何著手?

　　針對“富藍化”的隱患，科恒股份率先在LED熒光粉的光譜局限性上作出實質(zhì)性改良，并適時推出相應(yīng)產(chǎn)品和方案。陳濤表示，科恒研發(fā)團隊首先對目前LED光源光譜中主要缺少的光譜部分進行分析研究，確定所需新增的發(fā)射光譜范圍后，研發(fā)出對應(yīng)的新型LED熒光粉;接著針對其發(fā)光性能進行提升，通過封裝應(yīng)用驗證后再優(yōu)化改進新型材料，最終得出一套有效提高照明LED光源光品質(zhì)的全光譜應(yīng)用方案和產(chǎn)品。

　　如上圖，高顯色全光譜LED光源與常規(guī)LED光源光譜對比，兩者最大的區(qū)別在于前者增加了490nm、660nm左右發(fā)射峰，補足了常規(guī)LED光源缺少的光譜部分，使得整體光譜連續(xù)性大大增加，從而接近于太陽光全光譜。

另外，陳濤表示，科恒著重專利的維護，在2014年便為此申請兩篇發(fā)明專利：《一種氮氧化物熒光粉及其制備方法》和《一種全光譜LED熒光粉及其應(yīng)用》，目前兩篇專利均已獲得授權(quán)?？坪阋宰陨淼膹娪驳募夹g(shù)研發(fā)能力取得原創(chuàng)性專利，突破國際傳統(tǒng)熒光粉企業(yè)布下的嚴(yán)密專利網(wǎng)，未來將可盡情“暢游”于國內(nèi)外市場。

　　“我們的目標(biāo)是Ra99甚至Ra100”

　　全光譜LED熒光粉正是為提升照明LED光源光品質(zhì)應(yīng)運而生的產(chǎn)品，它大幅提高照明LED光源的光譜連續(xù)性、色域飽和度、顯色指數(shù)，有效降低藍光危害。

　　據(jù)科恒股份LED事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)馮榮標(biāo)介紹，全光譜LED熒光粉的主要應(yīng)用分為兩種：第一種是針對性提高顯色指數(shù)和光效，目前其顯色指數(shù)Ra可達到97甚至98以上，而在同樣顯指的前提下，其光效可比目前市面上的雙粉方案提升約2%，這種應(yīng)用主要是追求性能優(yōu)先，但光譜連續(xù)性不夠完美。第二種應(yīng)用是追求最佳的發(fā)射光譜，模擬太陽光光譜，其光譜缺陷可以降到最低，有效降低藍光危害，但在光效上會略微下降。

　　“Ra97甚至Ra98都不是我們的目標(biāo)，我們的目標(biāo)是Ra99甚至Ra100?！瘪T榮標(biāo)表示，科恒未來將繼續(xù)優(yōu)化全光譜LED熒光粉在近紫外光、超短波藍綠光和超長波紅光方面的發(fā)射范圍和強度不足的問題。現(xiàn)階段全光譜LED主要應(yīng)用于手術(shù)燈、攝影燈、護眼燈、博物館照明、高端場所照明等對光譜質(zhì)量要求高的領(lǐng)域。因其成本暫時相對于普通LED熒光粉較高，在普通的照明LED光源方面，受價格制約，推廣阻力較大。

　　依托二十年的發(fā)光材料經(jīng)驗積累及技術(shù)創(chuàng)新能力，科恒將堅持不斷研發(fā)新的熒光粉材料，盡快補充所缺失的光譜部分，甚至實現(xiàn)二次轉(zhuǎn)光，消除藍光危害，同時引入智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)真正意義上的健康綠色生態(tài)照明。另外在成本方面也會進行優(yōu)化改進，加速普及進度。

　　馮榮標(biāo)透露，目前科恒的全光譜LED熒光粉和方案已經(jīng)成為各大LED封裝廠家甚至成品LED廠家的儲備技術(shù)產(chǎn)品，開始批量生產(chǎn)推廣。

　　中國稀土學(xué)會理事、中國工程院稀土資源可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略研究課題專家吳虹對于科恒在熒光粉行業(yè)作出的成績也致于充分肯定，“科恒股份在LED全光譜方面做了很多創(chuàng)新研究工作，也取得了一定的成績和效果，但在更飽和色域、二次再轉(zhuǎn)光等方面還是有繼續(xù)提升改進的空間，期待科恒股份運用二十年的稀土發(fā)光材料研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗做出更多的創(chuàng)新和改進，和業(yè)界一起真正實現(xiàn)綠色生態(tài)照明。”

　　全光譜LED熒光粉將成主流?

　　當(dāng)然， 隨著顯色指數(shù)的提升，光效也會隨之有所損失，全光譜LED熒光粉技術(shù)能否平衡這一問題，并且成本較高，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前全光譜LED在LED市場上所占的比例僅為2%左右，未來全光譜LED熒光粉是否將成為主流?

　　“未來具高顯色的全光譜LED熒光粉一定會有美好的前景。”中國照明電器協(xié)會副理事長、南京工業(yè)大學(xué)電光源材料研究所王海波所長十分看好高顯色全光譜LED熒光粉的前景，LED照明的本質(zhì)是提供人造光。隨著LED照明的發(fā)展，人們對它的質(zhì)量、品質(zhì)、服務(wù)等照明總體性能的要求全面提升。高要求體現(xiàn)在光譜上，不僅是單純的白光，或是更高的顯色，而是具有各種光色的更接近于太陽光的人造光源。未來，能為人類提供更高光色品質(zhì)、更舒適健康的光環(huán)境的照明技術(shù)才是發(fā)展的主流趨勢。